Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont réalisé une production à haut débit de membranes à trous traversants en dioxyde de titane. Les couches de titane ont été développées par anodisation sur du titane gravé au masque avant d'être cristallisées. Application d'une seconde anodisation, ils ont reconverti une partie de la couche à un état amorphe. La partie amorphe a ensuite été sélectivement dissoute pour libérer le film tout en laissant la matrice intacte. Cela ouvre la voie à la production industrielle de membranes d'oxyde de titane commandées pour la photonique.

Titania, ou dioxyde de titane, pourrait être la substance la plus utile dont vous n'avez jamais entendu parler. Il est largement utilisé comme pigment, et est l'ingrédient actif de la plupart des écrans solaires, avec de fortes propriétés d'absorption des UV. On le trouve sous forme de couche réfléchissante dans les miroirs, ainsi que des revêtements pour autonettoyage, surfaces antibuée. Surtout pour l'industrie, il peut accélérer toutes sortes de réactions chimiques en présence de lumière; on le trouve déjà dans les matériaux de construction pour accélérer la dégradation des polluants nocifs dans l'air, avec des travaux en cours pour l'appliquer aux filtres à air, purificateurs d'eau et cellules solaires.

C'est la forte interaction entre l'oxyde de titane et la lumière qui en fait le futur matériau pour un large éventail d'applications impliquant la photonique, notamment les cristaux photoniques, des matrices ordonnées de matériaux capables d'absorber ou de transmettre la lumière en fonction de leur longueur d'onde. Pour faire ces "cristaux, " les chercheurs ont trouvé des moyens de créer des films d'oxyde de titane poreux en laboratoire, où de petits trous, dizaines de nanomètres de diamètre, sont modelés sur de fines couches de dioxyde de titane en réseaux ordonnés. Malgré leur promesse, cependant, il n'est toujours pas possible de les produire à grande échelle, une pierre d'achoppement majeure pour les faire sortir du laboratoire et les faire entrer dans la dernière technologie photonique.

Maintenant, une équipe dirigée par le professeur agrégé Takashi Yanagishita et le professeur Hideki Masuda de l'Université métropolitaine de Tokyo ont franchi une étape importante vers le développement d'un processus de production industrielle. Précédemment, ils ont mis au point une méthode d'« emboutissage » de motifs sur du titane métallique avant de faire croître une couche de dioxyde de titane à l'aide d'une méthode appelée anodisation. Les couches avaient des trous qui formaient le même motif que ceux faits artificiellement sur le métal. Mais parce que le titane est si dur, les timbres n'ont pas duré très longtemps. Maintenant, ils ont mis au point une méthode qui évite complètement les timbres. Après avoir fait pousser une couche d'oxyde de titane avec des réseaux ordonnés de trous sur un gabarit en titane gravé, ils appliquent de la chaleur, changer l'amorphe, structure désordonnée de l'oxyde de titane en une forme cristalline. Ils passent ensuite par une seconde anodisation; une couche proche de la surface du modèle d'origine retourne à un état désordonné. Parce que l'oxyde de titane désordonné et cristallin se dissolvent différemment, ils sont alors capables de dissoudre sélectivement la couche encore en contact avec le gabarit à l'aide d'acide, laissant une couche libre d'oxyde de titane avec le même motif de trous traversants.

Parmi les nombreux avantages de leur méthode, un avantage clé est que le motif du gabarit sur le métal est laissé intact. Une fois le film retiré, le même modèle peut être réutilisé maintes et maintes fois. L'équipe a également expérimenté différents espacements, descendant jusqu'à des trous espacés d'à peine 100 nm. Surtout, le protocole est évolutif et haut débit, ce qui signifie qu'il ne faudra peut-être pas longtemps avant que les quantités industrielles ne se retrouvent dans les produits commerciaux. L'équipe espère que leur méthode permettra non seulement de faire un pas de plus vers l'application généralisée, mais être appliqué à un large éventail d'autres matériaux nanostructurés avec des fonctions différentes.